張星 張豈豪

中核新能核工業(yè)工程有限責任公司 山西太原 030012

傳統(tǒng)的工廠能源管理主要以數(shù)據(jù)采集、信息展示為主，通過信息化的手段提升能源利用管理水平，但是這種系統(tǒng)一般不具備方案優(yōu)化的能力，無法對采集的數(shù)據(jù)進行直觀分析與模擬，而傳統(tǒng)的仿真系統(tǒng)只能提供理論的優(yōu)化方案，無法直接用于實際運行中。本文將結合能源綜合利用實際需求，確定工廠能源信息管理中的重難點，提出利用大數(shù)據(jù)采集、分析與仿真結合的數(shù)字化工廠能源綜合利用系統(tǒng)運行優(yōu)化的解決方案。

1 基于大數(shù)據(jù)分析的能源綜合利用管理總體設計

以某工廠冷卻系統(tǒng)為例，能源綜合利用管理范圍包括循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和蓄能系統(tǒng)，采集范圍包括供水數(shù)據(jù)和用電數(shù)據(jù)。其中供水數(shù)據(jù)又分為供水使用量、供水水壓、水溫、冷卻塔開量等實時數(shù)據(jù)；用電數(shù)據(jù)包括有電壓、電流、電功率、蓄能容量等數(shù)據(jù)。能源綜合利用系統(tǒng)運行既要考慮循環(huán)冷卻水系統(tǒng)因外界環(huán)境因素、工廠熱量因素，又要考慮蓄能裝置的充放效率與峰谷電價等因素。傳統(tǒng)的能源信息管理只能簡單的提供用量數(shù)據(jù)，面對復雜的系統(tǒng)無法提出有效的優(yōu)化方案與最佳調(diào)節(jié)參數(shù)。

不過隨著信息技術與軟件水平的不斷發(fā)展，大數(shù)據(jù)分析與仿真技術為復雜能源綜合利用的方案優(yōu)化提供了可能。在此情況下，本文所設計的系統(tǒng)將會由能源信息管理、仿真及數(shù)據(jù)分析三部分組成，其中能源信息管理實行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與處理并與三維模型集成，仿真實行系統(tǒng)數(shù)字化模擬，數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)利用大數(shù)據(jù)對仿真結果進行修正，具體方案將會由下文進行描述說明。

2 能源信息管理

本方案中的能源信息管理模塊主要用于冷卻系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、分類及儲存，一方面實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)測、超限報警、信息展示及報表分析等功能，一方面作為數(shù)據(jù)中心為仿真數(shù)據(jù)修正提供支撐。本模塊主要由數(shù)據(jù)庫、能源信息處理及三維模型三部分組成，具體功能情況如下：

2.1 建立能源信息數(shù)據(jù)庫

本方案中的能源信息數(shù)據(jù)庫，主要用于存儲工廠所涉及到的能源管理數(shù)據(jù)信息，其中主要包括有水網(wǎng)資源數(shù)據(jù)、電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)、關鍵設備數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)五類基礎數(shù)據(jù)內(nèi)容[1]。除此之外，數(shù)據(jù)庫中還需要儲存虛擬展示模塊運行過程中所產(chǎn)生的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)以及實時資源監(jiān)測數(shù)據(jù)，該基礎數(shù)據(jù)和虛擬展示模塊運行數(shù)據(jù)是系統(tǒng)功能實現(xiàn)和交互的重要基礎保障。

2.2 能源信息處理

本方案中的能源信息處理模塊將會集成現(xiàn)代監(jiān)控傳感技術、數(shù)據(jù)采集技術、數(shù)據(jù)處理及通訊技術、能源監(jiān)測技術、交流采樣技術等多種先進性技術手段，并通過大流量光纖作為數(shù)據(jù)傳輸渠道，從而形成穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)采集、傳輸管理系統(tǒng)，進而對工程中的能源數(shù)據(jù)信息進行全面信息化管理。具體能源信息處理模塊功能如下：①模塊可以對工廠的能源信息進行實時采集和監(jiān)控，在發(fā)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)信息出現(xiàn)異常情況后，模塊將會自行通過相關人員進行處理；②對基礎信息進行全面收集，并自行生成能源消耗數(shù)據(jù)報表。③對工廠中各設備的實際能源情況進行全面分析、歸類、匯總，然后結合虛擬展示模塊，對設備的能耗數(shù)據(jù)進行可視化展示。④通過對歷史數(shù)據(jù)進行分析和預測，在虛擬展示模塊中展示出能耗曲線模型。能耗分析，結合歷史數(shù)據(jù)，對各設備的能耗情況進行分析，方便相關人員進行使用和管理[2]。

2.3 系統(tǒng)三維模型

系統(tǒng)三維模型將通過標準化編碼與數(shù)據(jù)庫關聯(lián)，以提供直觀的展示效果，并為仿真提供模型基礎。

對于系統(tǒng)三維模型功能的實現(xiàn)，其主要關鍵點還在于三維模型數(shù)據(jù)采集以及模型建立兩方面。其中三維模型數(shù)據(jù)采集效果決定著工廠三維模型構建的真實有效性，其中構成三維模型數(shù)據(jù)中的影像采集清晰度及質量將會直接決定著后續(xù)模型構建和展示的效果及精細度。因此，在進行實際三維數(shù)據(jù)信息采集的過程中，應盡可能使用高質量數(shù)據(jù)采集設備，從多個角度對車間及設備的全貌進行數(shù)據(jù)采集，并且要確保每張影像中車間及設備的精細度和清晰度，這樣才能夠最大限度保障后續(xù)的三維模型構建效果。三維模型通常會分為靜態(tài)模型和動態(tài)模型兩類。其中靜態(tài)模型在本設計中主要指廠區(qū)、廠房建筑等內(nèi)容；動態(tài)模型則是指機電設備等內(nèi)容。在實際模型構建的過程中，無論是靜態(tài)模型，還是動態(tài)模型，都應以模型原物體的相關規(guī)劃圖或者設計圖作為重要參考基礎來實現(xiàn)，從而最大限度保障三維模型的真實有效性。

3 能源綜合利用系統(tǒng)仿真

能源綜合利用系統(tǒng)仿真可利用成熟軟件進行，例如Autodesk EcotectAnalysis、BentleySystem 及 Green Building Studio 等，主要功能包括建筑全能耗分析、碳排量分析、能源系統(tǒng)仿真等，可利用已建立的三維模型，輸入各類能耗參數(shù)進行仿真，其中各設備性能參數(shù)采用廠家提供的數(shù)據(jù)，待后續(xù)修正。

4 數(shù)據(jù)分析

分析收集的能源綜合利用系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，對仿真系統(tǒng)中輸入的各類能耗數(shù)據(jù)、設備性能參數(shù)進行修正。

以蓄能系統(tǒng)為例，為充分提高經(jīng)濟效益，應在夜間（電價最低時段）進行儲能，在9:00至17:00（電價最高時段）進行釋能（為冷卻系統(tǒng)提供電能）。而每天的蓄電量與當天剩余電量及下一日預計用電量（受季節(jié)、天氣因素影響）相關。若采用蓄電池，相關規(guī)定要求充電狀態(tài)小于50%時，蓄電池儲能效率大于95%；充電狀態(tài)在75%時，儲能效率大于90%；充電狀態(tài)在90%時，儲能效率大于85%，其他蓄能設備趨勢與此一致。因此運行方案應該盡量保證當天蓄電量釋放完畢，儲電量維持在90%甚或80%以下[3]。

利用仿真系統(tǒng)建立運行仿真模型，可提出理論上的儲能、釋能方案，然后利用系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進行分析，修正蓄能系統(tǒng)損耗、儲能效率系數(shù)、下一日預計用電量等參數(shù)，實現(xiàn)冷卻系統(tǒng)、蓄能系統(tǒng)的最優(yōu)化運行，到達用電成本最低的目的，并提升能源綜合利用效率。

5 結語

本文基于傳統(tǒng)能源管理系統(tǒng)提出結合仿真與大數(shù)據(jù)分析的能源綜合利用系統(tǒng)管理思路，可實現(xiàn)能源綜合利用系統(tǒng)的可視化展示、虛擬化仿真以及大數(shù)據(jù)分析，可以為能源綜合利用系統(tǒng)提供經(jīng)過大數(shù)據(jù)修正的最優(yōu)化運行方案。